一種可用于調節無功的儲能發電系統的運行方法
【專利摘要】本發明公開了一種可用于調節無功的儲能發電系統的運行方法，該方法可通過對發電裝置、負載單元、儲能裝置和SVG設備一并監測，及時儲能發電系統功率波動值，并以此為信息源動態調節儲能裝置的功率，從而實現平滑并網點功率，提高儲能發電系統經濟運行。
【專利說明】一種可用于調節無功的儲能發電系統的運行方法 所屬技術領域
[0001] 本發明涉一種可用于調節無功的儲能發電系統的運行方法。
【背景技術】
[0002] 隨著地球人口的增長和發展中國家工業化進程的推進，各種化石能源迅速枯竭， 而化石能源使用過程中造成的大氣污染和生態環境危機也日益嚴重。為了減少大氣污染、 保護生態環境、保證能源的長期穩定供應，逐步改變現有的能源結構，大力發展綠色能源已 成為各國的共識。
[0003] 隨著風力發電、光伏發電、波浪發電等可再生能源發電技術的成熟，越來越多的可 再生能源儲能發電系統以分布式形式接入電網，滿足人們日常生產、生活用電的需求。
[0004] 微網系統中往往通過配置儲能電池來平滑并網點功率波動，提高電網對微網系統 的接納能力。光儲微網系統中儲能電池的一部分容量用作緊急供電的容量，另一部分容量 用于平滑并網點的功率波動。
[0005] 隨著風電大規模并網，其功率波動對電網的沖擊越來越突出。而儲能系統具有的 短時快速吸收和釋放能量的特點，能夠有效彌補風電輸出功率間歇性、波動性的缺點，因此 在風力發電并網系統中配置儲能系統已經成為平抑風電輸出功率波動的有效手段之一。
[0006] 由于儲能系統成本較高，如何選擇最大發揮儲能系統的經濟利用價值，同時提高 儲能系統使用壽命，成為風電運行企業急需考慮的問題。混合儲能系統可以對風電場輸出 功率中某一特定頻段的波動成分進行補償，從而實現風電功率波動平抑。將儲能設定功率 分為頻繁波動部分和平滑部分，分別由超級電容和儲能電池承擔，可以實現對平抑需求的 快速響應。
[0007] 為了優化微網的運行效率及供配電質量，將微網融入外部電網是當前最好的選 擇，它可以維持局部的功率優化和平衡，降低系統運行的人工調度難度。但是，現有技術僅 對微網中的發電單元和負荷單元進行監測，沒有對儲能系統進行有效監測，不能及時調節 儲能系統內的蓄電池工作狀態，易造成微網與外部電網的并網點功率波動較大，電源不穩 定對配電的安全性和可靠性帶來不良影響。
【發明內容】
[0008] 本發明提供一種可用于調節無功的儲能發電系統的運行方法，該方法可通過對發 電裝置、負載單元、儲能裝置和SVG設備一并監測，及時儲能發電系統功率波動值，并以此為 信息源動態調節儲能裝置的功率，從而實現平滑并網點功率，提高儲能發電系統經濟運行。
[0009] 為了實現上述目的，本發明提供一種儲能發電系統的運行方法，該方法包括如下 步驟：
[0010] S1.發電裝置監控模塊實時獲取發電裝置運行數據，并存儲數據，實時獲取儲能發 電系統內負載功率需求情況，實時獲取儲能裝置的功率損耗情況；
[0011] S2.根據發電裝置運行數據、儲能發電系統內負載功率需求情況、儲能裝置的功率 損耗情況，對未來預定時刻內的發電裝置輸出有功和無功進行預測；
[0012] S3.采集并網點電壓信息，同時根據大電網調度指令確定儲能發電系統有功及無 功輸出需求；
[0013] S4.將儲能發電系統有功及無功輸出需求、當前儲能發電系統內負載功率需求、發 電裝置可輸出有功和無功、SVG設備可輸出無功、儲能裝置的功率損耗情況作為約束條件， 實現儲能發電系統的無功優化運行，抑制電壓波動。
[0014] 優選的，在步驟S2中，在接入大電網系統前，發電裝置監控模塊獲取儲能發電系統 組成部分基礎數據，理論計算目標函數中各處定量;基于發電裝置參數，搭建發電裝置數學 模型，為計算發電裝置損耗做前期準備，進一步獲取儲能發電系統內部各部分物理參數，搭 建整個儲能發電系統數學模型。
[0015] 優選的，在步驟S4中，無功優化運行具體包括如下步驟：
[0016] S41.通過發電裝置監控模塊，獲取儲能發電系統中發電裝置運行狀態、有功功率 值、儲能發電系統的儲能裝置的實時數據，此過程中儲能發電系統數據采集頻率范圍為 10s-60s，提取數據并進行篩選，剔除停機或存在故障發電裝置數據;基于實時數據，建立儲 能發電系統無功電壓優化控制模型;并網監控模塊根據調度系統下達的儲能發電系統并網 點電壓指令，若上級系統沒有下達指令，則由中控模塊給定指令；以無功功率的時間尺度變 化選擇兩種控制模式；
[0017] S42.若無功變化尺度以分鐘/小時級時間尺度變化，將發電裝置控制方式轉換為 恒定有功功率控制，以儲能發電系統經濟運行為控制目標，建立目標函數，將S1和S41所獲 取數據代入模型中，進行發電裝置無功分配；
[0018] S43.求解目標函數，得到發電裝置無功調節值;根據并網點實時電壓，設計管理流 程，將可調范圍內的電壓分為五個等級，每個等級對應不同的無功調節量，根據各發電裝置 不同的運行狀態，將所獲得的無功功率值分配到對應的發電裝置；
[0019] S44.若無功變化尺度以毫秒/秒級時間尺度變化，將發電裝置運行模式切換為恒 定電壓控制方式；以抑制電壓波動為目標，建立目標函數，將S1和S31所獲取數據代入模型 中，進行發電裝置無功分配；
[0020] S45.儲能發電系統內各單元接到無功優化控制指令，根據自身相應情況完成指 令，執行指令后，將響應值與并網點電壓反饋給調度系統。
[0021] 優選的，S41中通過監控裝置，獲取儲能發電系統實時數據和PCC點電壓控制指令， 設置PCC點電壓波動閥值；
[0022] Δ U = | UwFcmd-UwFout | < ξ
[0023] 式中，UWF?d為儲能發電系統并網點期望電壓值;UWFciut為儲能發電系統并網點實時 電壓值;ξ為儲能發電系統電壓閾值；A U為并網點電壓偏差值。
[0024]優選的，S42中，建立以儲能發電系統經濟優化分配為目標的無功優化函數：
[0025] min(F) =wiPi〇ss+W2Qc+Xi Δ Ui+A2 Δ Q
[0026] 式中，Ρι_為儲能發電系統有功損耗;Qc為SVG設備投入容量；AUi為各節點電壓越 限值；A 為發電裝置發出無功功率越限值;￥1和￥2為有功網損和無功補償容量的權重因 子，并且W1+W2 = 1 ; λ為罰因子，在計算最優函數，起到約束問題。
[0027]優選的，S42中進行分析計算，首先進行計算儲能發電系統潮流計算;根據儲能發 電系統無功功率隨時間尺度變化，確定發電裝置控制模式，在秒/小時級時，將發電裝置控 制方式轉換為恒功率控制，計算發電裝置在以減小網損為目標下的無功可調裕度，保證目 標函數的約束條件;建立儲能發電系統經濟運行為目標的無功控制數學模型，將S1和S41所 得數據，代入模型中；
[0028] 發電裝置的損耗主要為發電裝置的銅耗，其表達式為：
[0029]
[0030] 式中，Rs為發電機定子電阻，Rr為發電機轉子電阻，Is為定子電流，Ir為轉子電流；
[0031] 輸電儲能發電系統內負載由Π 形等值電路表示，儲能發電系統內負載串聯的有功 損耗與無功損耗與所通過的電流平方成正比，即：
[0032]
[0033]
[0034] U2為儲能發電系統內PCC連接點電壓，經過一段傳輸儲能發電系統內負載后與大 電網前級電壓Ui相連；電壓1]2與接入點注入的有功功率和無功功率有關；當風速出現波動 時，會影響系統PCC點母線電壓的穩定，由于母線電壓的波動，會增加儲能發電系統的網損， 造成經濟損失，當波動超過10%，會對儲能發電系統的輸出功率產生影響，所以需要對PCC 點的無功功率進行調控，從而維持1]2的恒定；
[0035] 穩態情況下，儲能發電系統并網運行，此時儲能發電系統為接入大電網提供電能， 采用單位功率因數控制，整個儲能發電系統不與電網交換無功功率;系統電壓調整取決于 發電裝置、儲能裝置和電網參數等，通過確定無功需求，調節其定子電壓，與轉子電流；
[0036] 以發電系統有功損耗為目的，建立目標函數：
[0037] Pi〇ss = Pi+P2+P3
[0038]
[0039]
[0040] p3 = pLT
[0041 ]式中，Pmi，Qmi分別為第i臺雙饋發電裝置注入母線側的有功、無功注入量;U為箱變 高壓側母線電壓;RnAu分別為折算到箱變高壓側的電阻和集電儲能發電系統內負載電 阻;Pi為發電裝置銅耗;P2為儲能發電系統內負載損耗;P 3儲能裝置的有功損耗。
[0042]優選的，以儲能發電系統網損最小為原則，考慮到每臺發電裝置有功損耗，發電裝 置有功損耗主要為定、轉子銅耗，其中定子電流為：
[0043]
[0044] 轉子電流為：
[0045]
[0046]
[0047] 將Pcui整理成關于Qi的一元二次表達式
[0048]
[0049]
[0050] 式中，Ui為第i臺發電裝置的定子端電壓;Χη = Χμ+Χμ，Χη = Χη+Χμ，其中，Xsi、Xm、 Xri*別為第i臺發電裝置的定子漏抗、勵磁漏抗和轉子漏抗；
[0051] 儲能發電系統內負載中的有功損耗用無功損耗進行表達為：
[0052]
[0053]式中，(^為儲能發電系統內連接母線至發電裝置集線和儲能裝置的無功損耗值；
[0054] 儲能裝置的有功損耗用無功損耗進行表示：
[0055]
[0056] 綜上，提出包含儲能發電系統內發電裝置、儲能裝置、儲能發電系統內負載在內的 有功網損最小的目標函數：
[0057] min(F) =wiPi〇ss+W2Qc+Xi Δ Ui+A2 Δ Q
[0058] 式中，Ρι_為儲能發電系統有功損耗;Qc為SVG設備投入容量；AUi為各節點電壓越 限值；A 為發電裝置發出無功功率越限值;￥1和￥2為有功網損和無功補償容量的權重因 子，并且Wl+W2=l ;和為罰因子。
[0059]優選的，其中優化模型的潮流約束條件為：
[0062]無功等式約束條件為 [0063]
[0060]
[0061]
[0064]不等式約束
[0065]
[0066] Qimin^iQi^iQimax
[0067] Viref-Vierr^Vi^Viref+Vierr
[0068] 式中，為第i臺發電裝置最大預測發出功率，Qimax*發電裝置最大無功輸出值， QiminS發電裝置最小無功輸出值，ViOT為節點電壓波動范圍。
[0069] 優選的，在步驟S43中，將并網點電壓標么值劃分成不同等級，分別為Ua、Ub、Uo、U。、 Ud，以不同等級的母線電壓作為限幅，對整個控制過程進行管理，保證在減小網損的過程 中，兼顧母線電壓質量;令Uo = l，即不出現異常情況下母線電壓，令Ub、Uc分別為Uo的±5%， 令Ua、Ud分別為Uo的±10%;
[0070] (1)當1]2處于電壓幅值下半區時；
[0071 ] 1 )U2<Ua時，PCC點電壓達到波動下限，需儲能發電系統提供無功功率，提高電壓， 發電裝置控制方式轉換為恒電壓控制；
[0072] 2 )Ua<U2<Ub時，需要提供無功功率來減小儲能發電系統網損，但仍需無功功率保 證電壓，此時調節發電裝置無功輸出為
[0073]
[0074] 3)Ub<U2<Uo時，此區間母線電壓等級滿足需求，發電裝置提供無功功率減小網 損，此時調節發電裝置無功輸出為
[0075] Q = Qm
[0076] (2)當1]2處于電壓幅值上半區時，調節過程與流程（1)類似。
[0077]優選的，在所述步驟S44中，，建立抑制多目標電壓波動的無功優化函數
[0078]
[0079] 式中，U_為并網點實測電壓，Ure3f為電壓參考值，t.為電壓控制增益系數，T%.為 ·、·.Λ ?<>?. 電壓誤差積分時間常數，KRX為無功功率補償增益系數，Tint為控制時間尺度。
[0080] 本發明的儲能發電方法具有如下優點：（1)可通過對發電裝置、負載單元、儲能裝 置和SVG設備一并監測，及時儲能發電系統功率波動值，并以此為信息源動態調節儲能裝置 的功率，從而實現平滑并網點功率；（2)實現儲能發電系統的經濟運行，以及抑制電壓波動， 通過對儲能發電系統數據的采集，建立網絡架構模型，在恒功率控制策略下，保證發電裝置 功率因數不變，通過無功調控完成經濟運行。
【附圖說明】
[0081] 圖1示出了本發明的一種可用于調節無功的儲能發電系統的框圖；
[0082] 圖2示出了一種本發明的儲能發電系統的運行方法。
【具體實施方式】
[0083]圖1是示出了本發明的一種可用于調節無功的儲能發電系統10,該儲能發電系統 包括:發電裝置12,用于將綠色能源轉換成電能；該發電裝置優選為風力發電機組;儲能發 電系統內負載14;儲能裝置15,用于存儲能量，并在可發電系統中并網運行時，輸出功率； SVG設備13，用于為儲能發電系統10提供無功功率;直流/交流母線，用于實現發電系統內的 發電裝置、儲能裝置、儲能發電系統內負載之間的功率交換16;并網裝置17,用于實現儲能 發電系統10和大電網之間的功率交換20;和監控裝置11。
[0084] 該監控裝置11包括：
[0085] 發電裝置監控模塊113,用于實時監控發電裝置12,并對發電裝置12的發電功率進 行預測；
[0086] 并網監控模塊112,用于監測并網點交流母線電壓，并用于控制儲能發電系統10經 由并網裝置17進行并網運行；
[0087]儲能裝置監控模塊117,用于實時監控儲能裝置15的功率損耗情況；
[0088]負載監控模塊114，用于實時監控儲能發電系統內的負載14;
[0089] SVG監控模塊115,用于實時監控SVG設備13;
[0090] 中控模塊116,用于確定儲能發電系統的運行方法，并向上述監控裝置中的各模塊 發出指令，以執行該運行方法；
[0091] 通信總線111，用于該監控裝置的各個模塊的通信聯絡。
[0092] 優選的，所述儲能裝置15包括第一類雙向功率變換器、第一類儲能器件、第二類雙 向功率變換器和第二類儲能器件；
[0093]第一類雙向功率變換器，用于獲取所述直流/交流母線上的物理參數的參數值，并 在所述參數值發生變化時，按照預設的充放電速度的變化率改變對第一類儲能器件進行充 放電時的充放電速度;直至所述物理參數的參數值等于第一參數值或者等于第二參數值 時，對第一類儲能器件進行充放電時的充放電速度不再改變；
[0094] 第二類雙向功率變換器，用于獲取所述物理參數的參數值，并在所述參數值到達 預設范圍的邊界值時，對第二類儲能器件進行充放電，使得所述參數值維持在預設范圍的 邊界值，所述第一參數值和所述第二參數值均位于所述預設范圍內。
[0095] 優選的，按照預設的充放電速度的變化率改變對第一類儲能器件進行充放電時的 充放電速度包括兩種情況，第一種情況是:按照預設的充電速度的變化率改變對第一類儲 能器件進行充電時的充電速度;第二種情況是:按照預設的放電速度的變化率改變對第一 類儲能器件進行放電時的放電速度。
[0096]優選的，第一類儲能器件的能量密度高于第二類儲能器件的能量密度。在實際中， 第一類儲能器件可以為蓄電池，第二類儲能器件可以為超級電容或飛輪電池。
[0097]優選的，所述發電裝置監控模113塊實時獲取發電裝置12的運行數據，并存儲數 據。
[0098]優選的，所述發電裝置監控模塊113,可獲取發電裝置定子漏抗、發電裝置轉子漏 抗、發電裝置勵磁漏抗、發電裝置定子電阻、發電裝置轉子電阻，通過發電裝置參數，搭建發 電裝置數學模型，為計算損耗做前期準備，并且獲得儲能發電系統內部各部分物理參數，搭 建整個儲能發電系統的拓撲模型。
[0099]發電裝置監控模塊113、SVG監控模塊115和負載監控模塊114的數據采集頻率為 10s-60s之內，對提取數據進行篩選，剔除停機或存在故障發電裝置數據，中控模塊利用實 時數據，建立儲能發電系統調控模型，采集發電裝置相電壓、發電裝置相電流、發電裝置有 功功率、發電裝置無功功率、無功補償設備功率，保留有效數據后，進入后臺計算階段。 [0100]優選的，該儲能發電系統1〇采用如下方式進行無功自動補償：
[0101]通過發電裝置監控模塊，獲取儲能發電系統中發電裝置運行狀態、有功功率值、儲 能發電系統的儲能裝置的實時數據，提取數據并進行篩選，剔除停機或存在故障發電裝置 數據;基于實時數據，建立儲能發電系統無功電壓優化控制模型;并網監控模塊根據調度系 統下達的儲能發電系統并網點電壓指令，若上級系統沒有下達指令，則由中控模塊給定指 令;以無功功率的時間尺度變化選擇兩種控制模式；
[0102] 若無功變化尺度以分鐘/小時級時間尺度變化，將發電裝置控制方式轉換為恒定 有功功率控制，以儲能發電系統經濟運行為控制目標，建立目標函數，將所獲取數據代入模 型中，進行發電裝置無功分配；
[0103] 求解目標函數，得到發電裝置無功調節值;根據并網點實時電壓，設計管理流程， 將可調范圍內的電壓分為五個等級，每個等級對應不同的無功調節量，根據各發電裝置不 同的運行狀態，將所獲得的無功功率值分配到對應的發電裝置；
[0104] 若無功變化尺度以毫秒/秒級時間尺度變化，將發電裝置運行模式切換為恒定電 壓控制方式；以抑制電壓波動為目標，建立目標函數，將所獲取數據代入模型中，進行發電 裝置無功分配；
[0105] 儲能發電系統內各單元接到無功優化控制指令，根據自身相應情況完成指令，執 行指令后，將響應值與并網點電壓反饋給調度系統。
[0106] 參見附圖2,本發明的儲能發電系統的運行方法包括如下步驟：
[0107] S1.發電裝置監控模塊實時獲取發電裝置運行數據，并存儲數據，實時獲取儲能發 電系統內負載功率需求情況，實時獲取儲能裝置的功率損耗情況；
[0108] S2.根據發電裝置運行數據、儲能發電系統內負載功率需求情況、儲能裝置的功率 損耗情況，對未來預定時刻內的發電裝置輸出有功和無功進行預測；
[0109] S3.采集并網點電壓信息，同時根據大電網調度指令確定儲能發電系統有功及無 功輸出需求；
[0110] S4.將儲能發電系統有功及無功輸出需求、當前儲能發電系統內負載功率需求、發 電裝置可輸出有功和無功、SVG設備可輸出無功、儲能裝置的功率損耗情況作為約束條件， 實現儲能發電系統的無功優化運行，抑制電壓波動。
[0111] 優選的，在步驟S2中，在接入大電網系統前，發電裝置監控模塊獲取儲能發電系統 組成部分基礎數據，理論計算目標函數中各處定量;基于發電裝置參數，搭建發電裝置數學 模型，為計算發電裝置損耗做前期準備，進一步獲取儲能發電系統內部各部分物理參數，搭 建整個儲能發電系統數學模型。
[0112] 優選的，在步驟S4中，無功優化運行具體包括如下步驟：
[0113] S41.通過發電裝置監控模塊，獲取儲能發電系統中發電裝置運行狀態、有功功率 值、儲能發電系統的儲能裝置的實時數據，此過程中儲能發電系統數據采集頻率范圍為 i〇s-6〇s，提取數據并進行篩選，剔除停機或存在故障發電裝置數據;基于實時數據，建立儲 能發電系統無功電壓優化控制模型;并網監控模塊根據調度系統下達的儲能發電系統并網 點電壓指令，若上級系統沒有下達指令，則由中控模塊給定指令；以無功功率的時間尺度變 化選擇兩種控制模式；
[0114] S42.若無功變化尺度以分鐘/小時級時間尺度變化，將發電裝置控制方式轉換為 恒定有功功率控制，以儲能發電系統經濟運行為控制目標，建立目標函數，將S1和S41所獲 取數據代入模型中，進行發電裝置無功分配；
[0115] S43.求解目標函數，得到發電裝置無功調節值;根據并網點實時電壓，設計管理流 程，將可調范圍內的電壓分為五個等級，每個等級對應不同的無功調節量，根據各發電裝置 不同的運行狀態，將所獲得的無功功率值分配到對應的發電裝置；
[0116] S44.若無功變化尺度以毫秒/秒級時間尺度變化，將發電裝置運行模式切換為恒 定電壓控制方式；以抑制電壓波動為目標，建立目標函數，將S1和S31所獲取數據代入模型 中，進行發電裝置無功分配；
[0117] S45.儲能發電系統內各單元接到無功優化控制指令，根據自身相應情況完成指 令，執行指令后，將響應值與并網點電壓反饋給調度系統。
[0118]優選的，S41中通過監控裝置，獲取儲能發電系統實時數據和PCC點電壓控制指令， 設置PCC點電壓波動閥值；
[0119] Δ u = I UwFcmd-UwFout I < ξ
[0120] 式中，UWFcmd為儲能發電系統并網點期望電壓值;UWFciut為儲能發電系統并網點實時 電壓值;ξ為儲能發電系統電壓閾值；A U為并網點電壓偏差值。
[0121] 優選的，S42中，建立以儲能發電系統經濟優化分配為目標的無功優化函數：
[0122] min(F) =wiPi〇ss+W2Qc+Xi Δ Ui+A2 Δ Q
[0123] 式中，Plciss為儲能發電系統有功損耗;QcSSVG設備投入容量；AUi為各節點電壓越 限值；A 為發電裝置發出無功功率越限值;￥1和￥2為有功網損和無功補償容量的權重因 子，并且W1+W2 = 1 ; λ為罰因子，在計算最優函數，起到約束問題。
[0124] 優選的，S42中進行分析計算，首先進行計算儲能發電系統潮流計算;根據儲能發 電系統無功功率隨時間尺度變化，確定發電裝置控制模式，在秒/小時級時，將發電裝置控 制方式轉換為恒功率控制，計算發電裝置在以減小網損為目標下的無功可調裕度，保證目 標函數的約束條件;建立儲能發電系統經濟運行為目標的無功控制數學模型，將S1和S41所 得數據，代入模型中；
[0125] 發電裝置的損耗主要為發電裝置的銅耗，其表達式為：
[0126]
[0127] 式中，Rs為發電機定子電阻，Rr為發電機轉子電阻，Is為定子電流，I r為轉子電流；
[0128] 輸電儲能發電系統內負載由Π 形等值電路表示，儲能發電系統內負載串聯的有功 損耗與無功損耗與所通過的電流平方成正比，即：
[0129]
[0130]
[0131] U2為儲能發電系統內PCC連接點電壓，經過一段傳輸儲能發電系統內負載后與大 電網前級電壓山相連；電壓1] 2與接入點注入的有功功率和無功功率有關；當風速出現波動 時，會影響系統PCC點母線電壓的穩定，由于母線電壓的波動，會增加儲能發電系統的網損， 造成經濟損失，當波動超過10%，會對儲能發電系統的輸出功率產生影響，所以需要對PCC 點的無功功率進行調控，從而維持1] 2的恒定；
[0132] 穩態情況下，儲能發電系統并網運行，此時儲能發電系統為接入大電網提供電能， 采用單位功率因數控制，整個儲能發電系統不與電網交換無功功率;系統電壓調整取決于 發電裝置、儲能裝置和電網參數等，通過確定無功需求，調節其定子電壓，與轉子電流；
[0133] 以發電系統有功損耗為目的，建立目標函數：
[0134] Pi〇ss = Pi+P2+P3
V ' )
[0135]
[0136]
[0137] P3 = Plt
[0138] 式中，Pmi，Qmi分別為第i臺雙饋發電裝置注入母線側的有功、無功注入量;U為箱變 高壓側母線電壓;RnAu分別為折算到箱變高壓側的電阻和集電儲能發電系統內負載電 阻;Pi為發電裝置銅耗;P 2為儲能發電系統內負載損耗;P3儲能裝置的有功損耗。
[0139] 優選的，以儲能發電系統網損最小為原則，考慮到每臺發電裝置有功損耗，發電裝 置有功損耗主要為定、轉子銅耗，其中定子電流為：
[0140]
[0141]
[0142]
[0143] ；-> ?· t < f *
[0144] 將Pcui整理成關于Qi的一元二次表達式
[0145]
[0146]
[0147] 式中，Ui為第i臺發電裝置的定子端電壓;Χη=Χ^+ΧΜ，Χ2?=ΧΗ+ΧΜ，其中，Xsi、Xm、 Xri*別為第i臺發電裝置的定子漏抗、勵磁漏抗和轉子漏抗；
[0148] 儲能發電系統內負載中的有功損耗用無功損耗進行表達為：
[0149]
[0150]式中，(^為儲能發電系統內連接母線至發電裝置集線和儲能裝置的無功損耗值； [0151]儲能裝置的有功損耗用無功損耗進行表示：
[0152]
[0153]綜上，提出包含儲能發電系統內發電裝置、儲能裝置、儲能發電系統內負載在內的 有功網損最小的目標函數：
[0154] min(F) =wiPi〇ss+W2Qc+Xi A Ui+A2 Δ Q
[0155] 式中，Ρι_為儲能發電系統有功損耗;QC為SVG設備投入容量；AUi為各節點電壓越 限值；A 為發電裝置發出無功功率越限值;￥1和￥2為有功網損和無功補償容量的權重因 子，并且Wl+W2=l ;和為罰因子。
[0156]優選的，其中優化模型的潮流約束條件為：
[0157]
[0158]
[0159] 無功等式約束條件為
[0160]
[0161] 不等式約束
[0162]
[0163]
[0164] Viref-Vierr^Vi^Viref+Vi err
[0165] 式中，為第i臺發電裝置最大預測發出功率，QimaxS發電裝置最大無功輸出值， QiminS發電裝置最小無功輸出值，ViOT為節點電壓波動范圍。
[0166] 優選的，在步驟S43中，將并網點電壓標幺值劃分成不同等級，分別為Ua、Ub、Uo、U c、 Ud，以不同等級的母線電壓作為限幅，對整個控制過程進行管理，保證在減小網損的過程 中，兼顧母線電壓質量;令υ〇 = 1，即不出現異常情況下母線電壓，令Ub、Uc分別為Uo的±5%， 令Ua、Ud分別為U〇的±10%;
[0167] (1)當1]2處于電壓幅值下半區時；
[0168] 1 )U2<Ua時，PCC點電壓達到波動下限，需儲能發電系統提供無功功率，提高電壓， 發電裝置控制方式轉換為恒電壓控制；
[0169] 2 )Ua<U2<Ub時，需要提供無功功率來減小儲能發電系統網損，但仍需無功功率保 證電壓，此時調節發電裝置無功輸出為
[0170]
[0171] 3)Ub<U2<Uo時，此區間母線電壓等級滿足需求，發電裝置提供無功功率減小網 損，此時調節發電裝置無功輸出為
[0172] Q = Qm
[0173] (2)當1]2處于電壓幅值上半區時，調節過程與流程（1)類似。
[0174]優選的，在所述步驟S44中，，建立抑制多目標電壓波動的無功優化函數
[0175]
\-?
[0176] 式中，Umea為并網點實測電壓，Uref為電壓參考值，:t為電壓控制增益系數，為 電壓誤差積分時間常數，KRX為無功功率補償增益系數，Tint為控制時間尺度。
[0177] 首先根據電壓實測值與電壓參考值，根據發電裝置恒電壓控制方式，計算在恒電 壓控制方式下，整場的無功需求值;同時引入電壓波動抑制函數，求出抑制電壓波動的無功 參考值，得到最終無功需求值，根據儲能發電系統SCADA數據，在對發電裝置進行無功功率 分配時，需充分考慮各個發電裝置的實時出力情況，運行狀況，才能利用算法對發電裝置進 行不同的處理。
[0178] 本發明對發電裝置分類時，主要在兩個方面進行考慮的，首先是發電裝置的運行 狀況，在分配過程中，應該先對運行狀況不好的發電裝置優先考慮;其次考慮風速與風功率 預測結果，按照儲能發電系統發電裝置之間的運行狀態，將發電裝置分為三類。第一類為下 個周期停機發電裝置;第二類為發電裝置調節能力比前一個控制周期強的發電裝置，第三 類為發電裝置調節能力比前一個控制周期弱的發電裝置。發電裝置的分配策略如下。
[0179]
[0180] 式中，Qrrf為抑制電壓波動計算得到的儲能發電系統無功需求;Qi〇ss為儲能發電系 統無功損耗。
[0181] Qii = 〇
[0182]
[0183]
[0184]
[0185] 式中，Qlx為第x類第i臺發電裝置的無功輸出值，Qlx,t為當前周期的無功輸出值， Qix,t+i為下一個周期的無功輸出值。
[0186] 以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定 本發明的具體實施只局限于這些說明。對于本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在 不脫離本發明構思的前提下，做出若干等同替代或明顯變型，而且性能或用途相同，都應當 視為屬于本發明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種儲能發電系統的運行方法，該方法包括如下步驟：51. 發電裝置監控模塊實時獲取發電裝置運行數據，并存儲數據，實時獲取儲能發電系 統內負載功率需求情況，實時獲取儲能裝置的功率損耗情況；52. 根據發電裝置運行數據、儲能發電系統內負載功率需求情況、儲能裝置的功率損耗 情況，對未來預定時刻內的發電裝置輸出有功和無功進行預測；53. 采集并網點電壓信息，同時根據大電網調度指令確定儲能發電系統有功及無功輸 出需求；54. 將儲能發電系統有功及無功輸出需求、當前儲能發電系統內負載功率需求、發電裝 置可輸出有功和無功、SVG設備可輸出無功、儲能裝置的功率損耗情況作為約束條件，實現 儲能發電系統的無功優化運行，抑制電壓波動。2. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟S2中，在接入大電網系統前，發電裝置 監控模塊獲取儲能發電系統組成部分基礎數據，理論計算目標函數中各處定量;基于發電 裝置參數，搭建發電裝置數學模型，為計算發電裝置損耗做前期準備，進一步獲取儲能發電 系統內部各部分物理參數，搭建整個儲能發電系統數學模型。3. 如權利要求2所述的方法，其特征在于，在步驟S4中，無功優化運行具體包括如下步 驟：541. 通過發電裝置監控模塊，獲取儲能發電系統中發電裝置運行狀態、有功功率值、儲 能發電系統的儲能裝置的實時數據，此過程中儲能發電系統數據采集頻率范圍為l〇s-6〇 S， 提取數據并進行篩選，剔除停機或存在故障發電裝置數據;基于實時數據，建立儲能發電系 統無功電壓優化控制模型;并網監控模塊根據調度系統下達的儲能發電系統并網點電壓指 令，若上級系統沒有下達指令，則由中控模塊給定指令；以無功功率的時間尺度變化選擇兩 種控制模式；542. 若無功變化尺度以分鐘/小時級時間尺度變化，將發電裝置控制方式轉換為恒定 有功功率控制，以儲能發電系統經濟運行為控制目標，建立目標函數，將Sl和S41所獲取數 據代入模型中，進行發電裝置無功分配；543. 求解目標函數，得到發電裝置無功調節值;根據并網點實時電壓，設計管理流程， 將可調范圍內的電壓分為五個等級，每個等級對應不同的無功調節量，根據各發電裝置不 同的運行狀態，將所獲得的無功功率值分配到對應的發電裝置；544. 若無功變化尺度以毫秒/秒級時間尺度變化，將發電裝置運行模式切換為恒定電 壓控制方式；以抑制電壓波動為目標，建立目標函數，將Sl和S31所獲取數據代入模型中，進 行發電裝置無功分配；545. 儲能發電系統內各單元接到無功優化控制指令，根據自身相應情況完成指令，執 行指令后，將響應值與并網點電壓反饋給調度系統。4. 如權利要求3所述的方法，其特征在于，S41中通過監控裝置，獲取儲能發電系統實時 數據和PCC點電壓控制指令，設置PCC點電壓波動閥值； Δ U- UwFcmd-UffFout | 式中，儲能發電系統并網點期望電壓值;Umiut為儲能發電系統并網點實時電壓 值;ξ為儲能發電系統電壓閾值；A U為并網點電壓偏差值。5. 如權利要求4所述的方法，其特征在于，S42中，建立以儲能發電系統經濟優化分配為 目標的無功優化函數： min(F) =wiPi〇ss+W2Qc+Xi Δ Ui+X2 Δ Q 式中，Piciss為儲能發電系統有功損耗;Qc為SVG設備投入容量；AUi為各節點電壓越限 值；A Q1為發電裝置發出無功功率越限值;￥1和￥2為有功網損和無功補償容量的權重因子， 并且W1+W2 = 1 ; λ為罰因子，在計算最優函數，起到約束問題。6.如權利要求5所述的方法，其特征在于，S42中進行分析計算，首先進行計算儲能發電 系統潮流計算;根據儲能發電系統無功功率隨時間尺度變化，確定發電裝置控制模式，在 秒/小時級時，將發電裝置控制方式轉換為恒功率控制，計算發電裝置在以減小網損為目標 下的無功可調裕度，保證目標函數的約束條件;建立儲能發電系統經濟運行為目標的無功 控制數學模型，將Sl和S41所得數據，代入模型中； 發電裝置的損耗主要為發電裝置的銅耗，其表達式為：式中，Rs為發電機定子電阻，Rr為發電機轉子電阻，Is為定子電流，I r為轉子電流； 輸電儲能發電系統內負載由Π 形等值電路表示，儲能發電系統內負載串聯的有功損耗 與無功損耗與所通過的電流平方成正比，即：U2為儲能發電系統內PCC連接點電壓，經過一段傳輸儲能發電系統內負載后與大電網前 級電壓U1相連；電壓1]2與接入點注入的有功功率和無功功率有關；當風速出現波動時，會影 響系統PCC點母線電壓的穩定，由于母線電壓的波動，會增加儲能發電系統的網損，造成經 濟損失，當波動超過10%，會對儲能發電系統的輸出功率產生影響，所以需要對PCC點的無 功功率進行調控，從而維持1] 2的恒定； 穩態情況下，儲能發電系統并網運行，此時儲能發電系統為接入大電網提供電能，采用 單位功率因數控制，整個儲能發電系統不與電網交換無功功率;系統電壓調整取決于發電 裝置、儲能裝置和電網參數等，通過確定無功需求，調節其定子電壓，與轉子電流； 以發電系統有功損耗為目的，建立目標函數： Ploss = Pl+P2+P3 P3 = PLT式中，Pmi，Qmi分別為第i臺雙饋發電裝置注入母線側的有功、無功注入量;U為箱變高壓 側母線電壓;RTl，RLl分別為折算到箱變高壓側的電阻和集電儲能發電系統內負載電阻;P 1S 發電裝置銅耗;p2為儲能發電系統內負載損耗;P3儲能裝置的有功損耗。7. 如權利要求6所述的方法，其特征在于，以儲能發電系統網損最小為原則，考慮到每 臺發電裝置有功損耗，發電裝置有功損耗主要為定、轉子銅耗，其中定子電流為：式中，Ui為弟i臺發電裝置的走子2而電壓;Xli = Xsi+Xmi，X2i=Xri+Xmi，其中，Xsi、Xm、Xri分 別為第i臺發電裝置的定子漏抗、勵磁漏抗和轉子漏抗； 儲能發電系統內負載中的有功損耗用無功損耗進行表達為：式中，Qu為儲能發電系統內連接母線至發電裝置集線和儲能裝置的無功損耗值； 儲能裝置的有功損耗用無功損耗進行表示：綜上，提出包含儲能發電系統內發電裝置、儲能裝置、儲能發電系統內負載在內的有功 網損最小的目標函數： min(F) =wiPi〇ss+W2Qc+Xi Δ Ui+X2 Δ Q 式中，Piciss為儲能發電系統有功損耗;Qc為SVG設備投入容量；AUi為各節點電壓越限 值；A Q1為發電裝置發出無功功率越限值;￥1和￥2為有功網損和無功補償容量的權重因子， 并且Wl+W2=l ;和為罰因子。8. 如權利要求7所述的方法，其特征在于，，其中優化模型的潮流約束條件為：無功等式約束條件為不等式約束 Qimin ^ Qi ^ Qimax Viref-Vierr 彡 Vi 彡 Viref+Vierr 式中，為第i臺發電裝置最大預測發出功率，Qlmax為發電裝置最大無功輸出值，Qwn 為發電裝置最小無功輸出值，V1e^為節點電壓波動范圍。9. 如權利要求8所述的方法，其特征在于，，在步驟S43中，將并網點電壓標么值劃分成 不同等級，分別為1^、沉、1]()、1]。、1] (1，以不同等級的母線電壓作為限幅，對整個控制過程進行管 理，保證在減小網損的過程中，兼顧母線電壓質量;令Uo=I，即不出現異常情況下母線電 壓，令U b、Uc分別為Uo的±5%，令Ua、Ud分別為Uo的±10% ; (1) 當1]2處于電壓幅值下半區時； I )U2<Ua時，PCC點電壓達到波動下限，需儲能發電系統提供無功功率，提高電壓，發電 裝置控制方式轉換為恒電壓控制； 2. Ua<U2<Ub時，需要提供無功功率來減小儲能發電系統網損，但仍需無功功率保證電 壓，此時調節發電裝置無功輸出為3. Ub<U2<U〇時，此區間母線電壓等級滿足需求，發電裝置提供無功功率減小網損，此 時調節發電裝置無功輸出為 Q = Qm (2) 當1]2處于電壓幅值上半區時，調節過程與流程（1)類似。10. 如權利要求9所述的方法，其特征在于，的，在所述步驟S44中，，建立抑制多目標電 壓波動的無功優化函數式中，Umea為并網點實測電壓，Uref為電壓參考值為電壓控制增益系數，1^為電壓誤 差積分時間常數，Krx為無功功率補償增益系數，Tint為控制時間尺度。
【文檔編號】H02J3/50GK105896618SQ201610351430
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月24日
【發明人】靖新宇
【申請人】成都欣維保科技有限責任公司